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研究成果

Plant Communications-陈功友团队联合美国科学家发现克隆水稻白叶枯病抗病新基因

发布时间:2020-06-23 

上海交通大学农业与生物学院陈功友教授研究组与美国密苏里大学-哥伦比亚分校植物科学系唐纳德-丹佛斯植物科学中心Bing Yang教授研究组合作,近日在Plant Communications合作发表题为Xa1 allelic R genes activate rice blight resistance suppressed by interfering TAL effectors”的研究文章,报道了稻黄单胞菌先天免疫抑制因子iTALE使得Xa1及其等位基因的抗病谱变窄的最新研究成果。

稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)稻致病变种(X.oryzae pv. oryzae, Xoo)和稻生致病变种(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)分别引起水稻白叶枯?。˙acterial Blight, BB)和细菌性条斑簿厍笊翰峦?首页。˙acterial Leaf Streak, BLS)绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页。2016年该合作研究团队曾在Nature Communications首次从稻黄单胞菌中发现了克服Xa1抗性的iTALE(interfering TAL effector)绝地求生竞猜网站-首页,之前认为,其是转录激活类因子(TALEs)在进化重组过程中的碎片绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页,没有生物学功能(https://www.nature.com/articles/ncomms13435)绝地求生竞猜网站-首页。该研究还发现,水稻白叶枯病抗病基因Xa1(NLR家族)绝地求生竞猜网站-首页,可以被任一典型结构的TALE激活绝地求生竞猜网站-首页;不含有iTALE的XooXoc菌株均能激活Xa1抗性绝地求生竞猜网站-首页;在水稻-稻黄单胞菌无休止的军备竞赛中,绝大多数菌株(~95%)进化产生了iTALE绝地求生竞猜网站-首页,抑制了Xa1抗性绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页。

 


图1. NLR类Xa1等位基因型抗性被 TALE激活或被 ITALE抑制的可能模式

随后两个研究组发现,不含iTALE的Xoo菌株,还能在IRBB2 (Xa2)、扎昌龙(Xa31(t))绝地求生竞猜网站-首页、IRBB14(Xa14)、尼瓦拉野生稻Xa45(t)和Carolina Gold Select(CGS-Xo111)等水稻上激发过敏反应绝地求生竞猜网站-首页。分离这些R基因发现,它们均是Xa1的等位基因型,能被任一典型结构的TALE激活抗性(ETI)并被iTALE所抑制(ETS)绝地求生竞猜网站-首页。这些成员的主要差别在其羧基端由93个氨基酸单一重复单元串联形成的LRR功能域(图1)绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页。Xa14是该类成员中抗谱最广和LRR重复单元数最少的成员。

据此推测绝地求生竞猜网站-首页,在共进化中绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页,病菌的iTALE是TALE的逃逸子(decoy), 避免被识别绝地求生竞猜网站-首页;相应地绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页,在水稻中理论上存在Xa1等位基因型被TALE激活的逃逸子绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页。目前中美两个研究组正加强合作绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页,试图发现水稻中Xa1等位基因型的逃逸子绝地求生竞猜网站-首页,以便使得这类NLR类R基因在水稻生产上发生广谱抗病性的作用。

该研究还提示绝地求生竞猜网站-首页,种植R基因的水稻品种仍是防控BB和BLS最为经济绝地求生竞猜网站-首页、有效和安全的防治措施,但还应监测和预警田间病菌的毒力进化绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页,科学指导R基因的应用和布局绝地求生竞猜网站-首页。

密苏里大学-哥伦比亚分校植物科学系博士后纪宠辉和中国农业科学院作物科学研究所副研究员纪志远为论文第一作者绝地求生竞猜网站-首页绝地求生竞猜网站-首页,堪萨斯州立大学Sanzhen Liu研究组参与了此项工作,Bing Yang教授和陈功友教授为共同通讯作者绝地求生竞猜网站-首页。该研究得到了中国国家自然科学基金、美国农业部食品与农业研究院(USDA/NIFA)和中国科协“青年人才托举工程”等项目的资助。

论文链接:https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(20)30110-3

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